Сорбент за улавяне на радиоактивен йод от газовата фаза
Собственици на патент RU 2288514:
Изобретението се отнася до областта на обработка и обездвижване на газообразни радиоактивни отпадъци от радиохимични предприятия на ядрената промишленост, а именно до областта на улавяне на йод от газоаерозолен поток от облъчено ядрено гориво, рязане-разтваряне на блок. Сорбентът за улавяне на радиоактивен йод се състои от пореста основа, импрегнирана със сол на сребърен нитрат (AgNO3), като основа на сорбента се използва порест силициев карбид с порьозност от 30 до 60%. Техническата и икономическа ефективност се състои в по-високата корозионна и механична устойчивост на този материал в агресивна среда. 2 ил., 3 табл.
Изобретението се отнася до областта на обработката и обездвижването на газообразни радиоактивни отпадъци от радиохимични предприятия на ядрената промишленост, а именно до областта на улавяне на йод (по-специално йод-129) от газо-аерозолен поток от облъчено ядрено гориво, рязане-разтваряне.
Технологичните процеси на производствените съоръжения за преработка на облъчено ядрено гориво (ОЯГ) на енергийни реактори и транспортни съоръжения са неразривно свързани с пречистването на газови и аерозолни отпадъци от дългоживеещ йод-129 (T1/2=1,57·10 7 години). Като сорбент за неговото улавяне се използват порести материали, импрегнирани със сребърен нитрат.
Аналог на изобретението може да служи като сребросъдържащ сорбент "Силоксид" в съответствие със спецификациите "Силоксид-сорбент за улавяне на йодни радионуклиди от газообразни среди". ТУ ЛКВШ 94.373.00.000, Соснови Бор, НИТИ им. А.П. Александрова, 1995.
Недостатъците на алуминиевия оксид са:
- склонност към механично разрушаване и абразия в процеса на експлоатация и регенерация;
- ниско химично съдържаниеустойчивост в алкална и кисела среда;
- обезпрашаване в процесите на преопаковане.
Целта на изобретението е да се повиши механичната якост по време на работа, регенерация и повторно опаковане, както и химическата устойчивост на сорбента в кисела и алкална среда, като същевременно се запазят основните характеристики на сорбента и неговата основа (ефективно насищане на основата с импрегнант, висок динамичен капацитет за йод, възможност за регенериране на сорбента и извличане на сребро за повторна употреба). Решава се чрез използване на порест силициев карбид, импрегниран със сол на сребърен нитрат (AgNO3) като сорбент за улавяне на йод от газовата фаза.
Силициев карбид - материал, който е химично съединение на силиций с въглерод (SiC); Твърдост по Моос 9,1; микротвърдост 3300-3600 kgf/mm 2 . Получава се в електросъпротивителни пещи чрез силиконизиране на въглеродни частици с пари на силициева киселина. Суровините са материали, богати на силициев диоксид: жилен кварц, кварцови пясъци и кварцити, съдържащи най-малко 99,0-99,5% SiO2, както и въглероден материал - нефтен кокс. Силициевият карбид е обещаващ материал за съвременната апаратура поради високата радиационна устойчивост и температурна стабилност.
Предлаганият материал се различава от алуминиевия оксид по това, че силициевият карбид има значително по-висока устойчивост на корозия в агресивни среди, тъй като не реагира с неорганични киселини и основи дори при тяхната точка на кипене. Лабораторни изследвания показват, че корозията на силициевия карбид в подпочвените води с pH˜8 при температура 170°C е 0,15 микрона на година. Механичната якост на силициевия карбид значително надвишава силата на алуминиевия оксид, съответно този материалпо-стабилни в процесите на преопаковане и транспортиране.
Използването на порест силициев карбид за производството на йоден сорбент е възможно както под формата на гранули с различни форми, така и под формата на филтърна касета (FP) в корпуса на малък регенеративен модулен филтър, способен да почиства газовата фаза от йод.
За производството на йоден сорбент порестият силициев карбид се импрегнира със сол на сребърен нитрат (AgNO3). За тази цел порест сорбентен субстрат (силициев карбид с порьозност от 30 до 60% под формата на гранули или под формата на филтърен патрон) се импрегнира с разтвор на сребърна сол с необходимата концентрация на сребро и се изсушава при температура от 100 до 150 ° C. Операциите по импрегниране и сушене се повтарят до пълното абсорбиране на разтвора.
След като сорбентът е наситен с радиоактивен йод от газовата фаза, той може да бъде регенериран за повторна употреба. При необходимост е възможно да се извлече сребро от предложения сорбент за повторното му използване.
За провеждане на експерименти за изследване на възможността за производство на сорбент на базата на порест силициев карбид (порьозност 30%), използвахме проба от материал (по-нататък FP - филтърна касета) под формата на кух цилиндър с диаметър на основата 70 mm, височина 105 mm и дебелина на стената 5 mm. Първоначалното тегло на FP е 184 574 mg. Импрегнирането на ЕП със сребърен нитрат се извършва с нитратен разтвор с концентрация 2,6 g/l в сребро и 5 mol/l в азотна киселина, на няколко етапа, всеки от които представлява процес на равномерно овлажняване на филтъра и последващото му изсушаване. Така се постига пълно усвояване на разтвора.
FP се претегля преди и след насищане. Резултатите от насищането на ФП със сребро са представени на фиг.1.
След шестия етапразтворът, съдържащ 2,2 g сребро, се абсорбира напълно, докато концентрацията на сребро във филтърния патрон е 11,9 mg/g.
Експериментите за улавяне на йод FP бяха проведени в лабораторни условия (Фигура 2).
На фиг.2: 1 - запечатан контейнер, 2 - топлоустойчиво стъкло, 3 - йод-127, 4 - пещ, 5 - FP, 6 - барботер, 7 - разтвор на NaOH.
На дъното на топлоустойчивото стъкло 2 се излива проба от йод-127 в количество, надвишаващо стехиометричната стойност спрямо реакцията на образуване на сребърен йодид. FP 5 беше поставен върху метална решетка, фиксирана над нивото на йодните кристали. Чашата с FP е монтирана в херметичен контейнер 1, снабден с фитинг за отстраняване на газовата фаза в барботера 6, напълнен с разтвор на натриев хидроксид с концентрация 2 mol/L. Насищането на сорбента с йод се извършва при температура 200 ° С в шахтова пещ 4. Началото и завършването на процеса на изпаряване на йода се контролира чрез промяна на цвета на разтвора в барботера и захранващите газопроводи.
Количеството уловен йод се определя чрез претегляне на FP преди и след насищане. Резултатите от експеримента са представени в таблица 1.
| Таблица 1 Резултати от насищане на FP с йод-127 | |||
| Тегло на филтърния патрон с AgNO3, mg | Маса на филтърния патрон след насищане, mg | Тегло на йод, mg | Концентрация на йод, mg/g |
| 189894 | 193394 | 3500 | 18.1 |
Концентрацията на йод-127 в абсорбера е 18,1 mg/g, което е повече от количеството йод под формата на сребърен йодид, който се образува в съответствие със стехиометрията на реакцията
Това може да се обясни с адсорбцията на молекулярен йод върху повърхността на порите на FP.
ЕП се регенерира с алкален разтвор на хидразин нитрат с алкална концентрация 30 g/l и концентрация на хидразин 15 g/l.Продължителността на обработка на разтвора на сорбента е 30 минути при температура 80°С. След регенериране филтърният патрон се промива с гореща дестилирана вода до pH=5-7, изсушава се и се претегля. Йодът се концентрира от разтворите, образувани по време на регенерацията на ЕР (регенерати и промиване) под формата на меден йодид. Резултатите от регенерацията на FP и утаяването на йод под формата на меден йодид са показани в таблица 2.
| Таблица 2 Извличане на йод-127 от филтърна касета, съдържаща сребро | |||
| Тегло на филтърния патрон, mg | Маса на йод в утайката, mg | Ефективност на извличане на йод, % | |
| преди регенерация | след регенерация | ||
| 193394 | 186720 | 3420 | 98 |
| Таблица 3 Възстановяване на сребро от регенериран филтърен патрон | ||||
| Тегло на филтърния патрон, mg | Тегло на среброто, mg | Ефективност на възстановяване на среброто, % | ||
| Преди екстракция | след извличане | в разтвор | в утайка | |
| 186720 | 184575 | 2180 | 2193 | 99,4±0,3 |
Както се вижда от данните, представени в таблица 3, ефективността на извличане на сребро от филтърния патрон е (99,4±0,3)%, което е по-високо от степента на извличане на сребро от сорбента на базата на алуминиев оксид, където е на ниво (97,4±0,6)%.
Отличителни черти на предложения материал са значително по-високата корозионна и механична устойчивост в агресивни среди. Това ви позволява значително да удължите живота на йодния сорбент, да увеличите ефективността на използването на скъпо сребро.
Сорбент за улавяне на радиоактивен йод, състоящ се от пореста основа, импрегнирана със сол на сребърен нитрат (AgNO3), характеризиращ се сфактът, че като основа на сорбента се използва порест силициев карбид с порьозност от 30 до 60%.